Лекция 8 Программно-технические средства информационные технологии
Основные понятия:
Hardware, Software и Brainware;
Программа и системное программное обеспечение;
Операционная система, утилиты и драйверы;
Инструментальное и прикладное программное обеспечение;
Интегрированные пакеты или пакеты прикладных программ;
Классификация компьютерных технических средств информационных технологий;
Архитектура компьютера;
Системы SOHO и СМБ.
Компоненты программно-аппаратных компьютерных средств
Обычно для обозначения основных компонент программно-аппаратных компьютерных средств используют следующие термины:
Software – совокупность программ, используемых в компьютере или программные средства, представляющие заранее заданные, чётко определённые последовательности арифметических, логических и других операций.
Hardware – технические устройства компьютера (“железо”) или аппаратные средства, созданные, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств.
Brainware – знания и умения, необходимые пользователям для грамотной работы на компьютере (компьютерная культура и грамотность).
Работой компьютеров, любых вычислительных устройств управляют различного рода программы. Без программ любая ЭВМ не больше, чем груда железа. Компьютерная программа (англ. “Program”) обычно представляет собой последовательность операций, выполняемых вычислительной машиной для реализации какой-нибудь задачи. Например, это может быть программа редактирования текста или рисования.
2. Программное обеспечение информационных технологий
Программное обеспечение (ПО) – это программные средства информационных технологий. Они подразумевают создание, использование компьютерных программ различного назначения и позволяют техническим средствам выполнять операции с машиночитаемой информацией.
Компьютерные программы, также как и любая другая машиночитаемая информация, хранятся в файлах. Пишутся (составляются, создаются) программы программистами на специальных машинных алгоритмических языках высокого уровня (Бейсик, Фортран, Паскаль, Си и др.). Хорошая программа содержит: чётко определённые и отлаженные функции, удобные средства взаимодействия с пользователем (интерфейс), инструкцию по эксплуатации, лицензию и гарантию, упаковку. Программы для пользователей могут быть платными, условно-бесплатными, бесплатными и др.
Существуют классификации программного обеспечения по назначению, функциям, решаемым задачам и другим параметрам.
По назначению и выполняемым функциям можно выделить три основных вида ПО, используемого в информационных технологиях:
Рис. 8.1. Структура ПО по назначению и функциональному признаку.
Общесистемное ПО – это совокупность программ общего пользования, служащих для управления ресурсами компьютера (центральным процессором, памятью, вводом-выводом), обеспечивающих работу компьютера и компьютерных сетей. Оно предназначено для управления работой компьютеров, выполнения отдельных сервисных функций и программирования. Общесистемное ПО включает: базовое, языки программирования и сервисное.
Базовое ПО включает: операционные системы, операционные оболочки и сетевые операционные системы.
Операционная система (ОС) – это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных.
ОС запускает компьютер, отслеживает работу локальных и сетевых компьютеров, планирует решение с их помощью задач, следит за их выполнением, управляет вводом-выводом данных и др.
Основная причина необходимости ОС состоит в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управления его ресурсами – это операции очень низкого уровня. Действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций. Например, для выполнения процедуры копирования файла необходимо выполнить тысячи операций по запуску команд дисководов, проверке их выполнения, поиску и обработке информации в таблицах размещения файлов на дисках и т. д. Операционная система скрывает от пользователя эти подробности и выполняет эти процедуры.
Выделяют однопрограммные, многопрограммные (многозадачные), одно и многопользовательские, сетевые и несетевые ОС.
Сетевые ОС – это комплекс программ, обеспечивающих обработку, передачу, хранение данных в сети; доступ ко всем её ресурсам, распределяющих и перераспределяющих различные ресурсы сети.
Операционная оболочка – это программная надстройка к ОС; специальная программа, предназначенная для облегчения работы и общения пользователей с ОС (Norton Commander, FAR, Windows Commander, Проводник и др.). Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа “меню”. Оболочки предоставляют пользователю удобный доступ к файлам и обширные сервисные услуги.
Языки программирования – это специальные команды, операторы и другие средства, используемые для составления и отладки программ. Они включают собственно языки и правила программирования, трансляторы, компиляторы, редакторы связей, отладчики и др.
Отладка программы (англ. “debugging ”) – это процесс обнаружения и устранения ошибок в компьютерной программе; этап компьютерного решения задачи, при котором происходит устранение явных ошибок в программе. Она осуществляется по результатам, полученным в процессе тестирования компьютерной программы, и производится с использованием специальных программных средств – отладчиков.
Отладчик (англ. “debugger ”) – это программа, позволяющая исследовать внутреннее поведение разрабатываемой программы. Обеспечивает пошаговое исполнение программы с остановкой после каждой оператора, просмотр текущего значения переменной, нахождение значения любого выражения и др.
Трансляторы – это программы, обеспечивающие перевод с языка программирования на машинный язык компьютеров.
Сервисное общесистемное ПО для ОС включает драйверы и программы-утилиты. Драйверы – это специальные файлы ОС, расширяющие её возможности и включаемые в её состав для организации настройки ОС на использование различных устройств ввода-вывода, установки региональных параметров (языков, форматов времени, даты и чисел) и т.д. С помощью драйверов можно подключать к компьютеру новые внешние устройства или нестандартно использовать имеющиеся устройства.
Программы-утилиты – это полезные программы, дополняющие и расширяющие возможности ОС. Некоторые из них могут существовать отдельно от ОС. К этому классу программ можно отнести архиваторы, программы резервного копирования и др.
Кроме того, сервисное общесистемное ПО включает тестовые и диагностические программы, программы антивирусной защиты и обслуживания сети.
Тестовые и диагностические программы предназначены для проверки работоспособности отдельных узлов компьютеров, работы программ и устранения выявленных в процессе тестирования неисправностей.
Антивирусные программы используют для диагностики, выявления и устранения вирусных программ, нарушающих нормальную работу вычислительной системы.
Инструментальное программное обеспечение или инструментальные программные средства (ИПО) – это программы-полуфабрикаты или конструкторы, используемые в ходе разработки, корректировки или развития других программ. Они позволяют создавать различные прикладные пользовательские программы. К ИПО относят: СУБД, редакторы, отладчики, вспомогательные системные программы, графические пакеты, конструкторы обучающих, игровых, тестирующих и других программ. По назначению они близки к системам программирования.
Прикладное программное обеспечение (ППО) или прикладные программные средства используются при решении конкретных задач. Эти программы помогают пользователям выполнять необходимые им работы на компьютерах. Порой такие программы называют приложениями.
ППО носит проблемно-ориентированный характер. В нём обычно выделяют две составляющие: пользовательское и проблемное прикладное программное обеспечение.
К пользовательскому ППО относят: текстовые, табличные и графические редакторы и другие подобные программы, например, учебные и досуговые.
Набор нескольких пользовательских программ, функционально дополняющих друг друга и поддерживающих единую информационную технологию называют пакетом прикладных программ, интегрированным пакетом программ или интегрированным программным обеспечением . Пакеты программ выполняют функции, для которых ранее создавались специализированные программы. В качестве примера приведём ППП Microsoft Office, в состав которого входят: текстовый и табличный процессор, СУБД Access, Power Point и другие программы.
Проблемное ПО – это специализированное ППО, например, бухгалтерские программы, программы в области страхования и др.
Кроме перечисленных, отметим следующие прикладные программы: учебные, обучающие и тренажёры, мультимедийные, развлекательные, в т.ч. компьютерные игры, справочные (энциклопедии, словари и справочники) и др.
Любые компьютерные программы работают на каких-либо технических средствах информационных технологий.
Одна из самых больших проблем, с которыми сталкиваются пользователи программы 1С Предприятие - её медленная работа. "Торможение" начинается при росте информационной базы и увлечении количества пользователей программы. Как решить эту проблему?
Существует несколько решений проблемы медлительной работы информационной базы, таких как: выбор платформы 1С Предприятия, аппаратное и программное обеспечение компьютерной сети, организационное решение работы с программой. Рассмотрим каждый способ подробно.
Выбор платформы 1С Предприятие. При работе с локальной версией программы пользователь обычно не сталкивается с проблемой медленной работы, другой вопрос в работе с сетевыми версиями. Существует две разновидности платформы для сетевого пользователя: Полезное-Варианты подключения компьютеров к БД . Файл-серверная версия использует формат файла DBF, преимущество этой версии заключается в том, что не требуется дополнительного программного или аппаратного обеспечения.. Этот формат, прежде всего, разрабатывался для однопользовательских и локальных приложений, поэтому при работе более 7-10 пользователей наблюдается значительное замедление работы программы. Особенно если кто-нибудь из пользователей запустит построение отчётов или регистров.
УРИБ удобно применять для синхронизации справочников и подготовки баз для последующего использования другого способа обмена для передачи отдельных документов. А также если Вы используете низкоскоростную модемную линию для передачи периодических копий базы данных, так как в файле переноса содержится только информация о сделанных изменениях.
Организационное решение работы с программой. Пользователей программы 1С Предприятия и 1С Бухгалтерии можно разделить на две основные группы: оперативную и аналитическую. Оперативная группа занимается вводом информации и оформлением документации, а аналитическая в свою очередь анализом результата деятельности организации. Если для пользователей первой группы необходима незамедлительная реакция системы и актуальные итоги, то для второй группы актуальность итогов в пределах последних нескольких часов не играет особого значения. Особенно "торможение" системы вызывают расчёты итогов задним числом, это и проведение документов прошлыми датами и получение отчётов с расчётом остатка и движения, т.е. основные моменты работы аналитиков. Оперативная группа по большей части выполняет операции с текущими актуальными итогами. Как выход из сложившийся ситуации, можно посоветовать аналитической группе снимать копии информационной базы, к себе, на локальный диск компьютера. В DBF-версии для этого даже нет необходимости монопольного доступа к файлам. Вы можете скопировать базу, если в ней в данный момент работают другие пользователи, для этого откройте каталог информационной базы 1С Предприятия выделите в нём все файлы кроме файлов с расширением.CDX и скопируйте их к себе на локальный диск. Укажите путь к копии базы и запустите в монопольном режиме. Как вариант можно настроить ежедневное резервное копирование. Рекомендуем также, после построения отчёта, закрыть и заново запустить программу, для освобождения выделенной памяти компьютера. По возможности "тяжёлые" процессы, такие как: переиндексация, открытие периода, перепроведение документов, расчёт итогов, запускайте на сервере, у которого каталог с базой 1С Предприятия хранится на локальном диске.
Достоинства методов в том, что обменивающиеся базы данных могут иметь совершено различные конфигурации, и информацию при переносе можно преобразовывать, используя встроенный язык 1С. Недостаток - в медлительности работы и сложности настройки "Правила конвертации". В том числе следует учесть, что при изменении хотя бы одной из конфигураций, придётся перенастраивать "Правила конвертации".
HyperCard - первый продуманный и удобный авторский инструмент для работы с Multimedia, поскольку имеет аппарат ссылок на видео- и аудиоматериалы, цветную графику, текст с его озвучиванием
Мультимедиа - это интерактивная технология, обеспечивающая работу с неподвижными изображениями, видеоизображением, анимацией, текстом и звуковым рядом. Одним из первых инструментальных средств создания технологии мультимедиа явилась гипертекстовая технология, которая обеспечивает работу с текстовой информацией, изображением, звуком, речью. В данном случае гипертекстовая технология выступала в качестве авторского программного инструмента.
Появлению систем мультимедиа способствовал технический прогресс: возросла оперативная и внешняя память ЭВМ, появились широкие графические возможности ЭВМ, увеличилось качество аудио-видеотехники, появились лазерные компакт-диски и др.
Теле-, видео- и большинство аудиоаппаратуры в отличие от компьютеров имеют дело с аналоговым сигналом. Поэтому возникли проблемы стыковки разнородной аппаратуры с компьютером и управления ими.
Были разработаны звуковые платы (Sound Blaster), платы мультимедиа, которые аппаратно реализуют алгоритм перевода аналогового сигнала в дискретный. К компакт-дискам было подсоединено постоянное запоминающее устройство (CD-ROM).
Для хранения изображения неподвижной картинки на экране с разрешением 512 х 482 точек (пикселей) требуется 250 Кбайт. При этом качество изображения - низкое. Потребовалась разработка программных и аппаратных методов сжатия и развертки данных. Такие устройства и методы были разработаны с коэффициентом сжатия 100:1 и 160:1. Это позволило на одном компакт-диске разместить около часа полноценного озвученного видео. Наиболее прогрессивными методами сжатия и развертки считаются IPEG и MPEG.
Стив Джобс в 1988 г. создал принципиально новый тип персонального компьютера –NeХТ, у которого базовые средства систем мультимедиа заложены архитектуру, аппаратные и программные средства. Были применены новые мощные центральные процессоры 68030 и 68040, процессор обработки сигналов DSP, который обеспечивал обработку звуков, изображений, синтез и распознавание речи, сжатие изображения, работу с цветом. Объем оперативной памяти равнялся 32 Мбайтам, использовались стираемые оптические диски, стандартно встроенные сетевые контроллеры, которые позволяют подключаться в сеть, обеспечены методы сжатия, развертки и т.д. Объем памяти винчестера -105 Мбайт и 1,4 Гбайт.
Технология работы с NeXT - это новый шаг в общении человека с машиной. До сих пор работали с интерфейсом WIMP (окно, образ, меню, указатель). NeXT дает возможность работать с интерфейсом SILK (речь, образ, язык, знания). В состав NeXT входит система электронной мульти медиапочты, позволяющая обмениваться сообщениями типа речи, текста, графической информации и т.д.
Многие операционные системы поддерживают технологию мультимедиа: Windows, начиная с версии 3.1, DOS 7.0, OS/2 и др. Операционная система Windows-95 включила аппаратные средства поддержки мультимедиа, что позволяет пользователям воспроизводить оцифрованное видео, аудио, анимационную графику, подключать различные музыкальные синтезаторы и инструменты. В Windows-95 разработана специальная версия файловой системы для поддержки высококачественного воспроизведения звука, видео и анимации. Файлы мультимедийной информацией хранятся на CD-ROM, жестком диске или на сетевом сервере. Оцифрованное видео обычно хранится в файлах с расширением AVI, аудиоинформация - в файлах с расширением WAV, аудио в форме интерфейса MIDI - в файлах с расширением MID. Для их поддержки разработана файловая подсистема, обеспечивающая передачу информации с CD-ROM с оптимальной скоростью, что существенно при воспроизведении аудио- и видеоинформации.
Даже из такого краткого перечисления возможностей технологии мультимедиа видно, что идет сближение рынка компьютеров, программного обеспечения, потребительских товаров и средств производства того и другого. Наблюдается тенденция развития мультимедиа-акселераторов. Мультимедиа-акселератор - программно-аппаратные средства, которые объединяют базовые возможности графических акселераторов с одной или несколькими мультимедийными функциями, требующими обычно установки в компьютер дополнительных устройств. К мультимедийным функциям относятся цифровая фильтрация и масштабирование видео, аппаратная цифровая сжатие-развертка видео, ускорение графических операций, связанных с трехмерной графикой (3D), поддержка «живого» видео на мониторе, наличие композитного видеовыхода, вывод ТV-сигнала (телевизионного) на монитор. Графический акселератор также представляет собой программно-аппаратные средства ускорения графических операций: перенос блока данных, закраска объекта, поддержка аппаратного курсора. Происходит развитие микросхемотехники с целью увеличения производительности электронных устройств и минимизации их геометрических размеров. Микросхемы, выполняющие функции компонентов звуковой платы, объединяются на одной микросхеме размером со спичечный коробок. И предела этому нет.
К 90-м гг. было разработано более 60 пакетов программ с технологией мультимедиа. При этом стандарта не существовало, и в этом же году фирмы Microsoft и IBM одновременно предложили два стандарта. IBM предложила стандарт Ultimedia, a Microsoft - MPC. Остальные фирмы-производители стали разрабатывать пакеты программ на основе этих стандартов. В настоящее время используется стандарт МРС-2, кроме того, разработаны стандарты на приводы CD-RQM, Sound Blaster - звуковые карты, МIDI-интерфейс - стандарт для подключения различных музыкальных синтезаторов, DCI-интерфейс - интерфейс с дисплейными драйверами, позволяющими воспроизводить полноэкранную видеоинформацию, MCI-интерфейс - интерфейс для управления различными мультимедийными устройствами, стандарты на графические адаптеры. Фирма Apple совместно с FujiFilm разработали первый промышленный стандарт 1ЕЕЕР1394 для разработки набора микросхем Fire Wire, позволяющий оснастить цифровым интерфейсом многие потребительские товары, такие как видеокамера, для использования их в технологии мультимедиа.
Появление систем мультимедиа произвело революцию в таких областях, как образование, компьютерный тренинг, бизнес, и в других сферах профессиональной деятельности. Технология мультимедиа создала предпосылки для удовлетворения растущих потребностей общества. Позволила заменить техноцентрический подход (планирование индустрии зависит от прогноза возможных технологий) на антропоцентрический подход (индустрия управляется рынком). Дает возможность динамически отслеживать индивидуальные запросы мирового рынка, что отражается в тенденции перехода к мелкосерийному производству. Феномен мультимедиа демократизирует научное, художественное и производственное творчество. Именно авторские технологии совместно с сетевыми обеспечили процесс информатизации общества.
В настоящее время мультимедиа-технологии являются бурно развивающейся областью информационных технологий. В этом направлении активно работает значительное число крупных и мелких фирм, технических университетов и студий (в частности IBM, Apple, Motorola, Philips, Sony, Intel и др.). Области использования чрезвычайно многообразны: интерактивные обучающие и информационные системы, САПР, развлечения и др.
Основными характерными особенностями этих технологий являются:
Объединение многокомпонентной информационной среды (текста, звука, графики, фото, видео) в однородном цифровом представлении;
Обеспечение надежного (отсутствие искажений при копировании) и долговечного хранения (гарантийный срок хранения - десятки лет) больших объемов информации;
Простота переработки информации (от рутинных до творческих операций).
Достигнутый технологический базис основан на использовании нового стандарта оптического носителя DVD (Digital Versalite/Video Disk), имеющего емкость порядка единиц и десятков гигабайт и заменяющего все предыдущие: CD-ROM, Video-CD, CD-audio. Использование DVD позволило реализовать концепцию однородности цифровой информации. Одно устройство заменяет аудиоплейер, видеомагнитофон, CD-ROM, дисковод, слайдер и др. В плане представления информации оптический носитель DVD приближает ее к уровню виртуальной реальности.
Многокомпонентную мультимедиа-среду целесообразно разделить на три группы: аудиоряд, видеоряд, текстовая информация.
Аудиоряд может включать речь, музыку, эффекты (звуки типа шума, грома, скрипа и т.д., объединяемые обозначением WAVE (волна) . Главной проблемой при использовании этой группы мультисреды является информационная емкость. Для записи одной минуты WAVE-звука высшего качества необходима память порядка 10 Мбайт, поэтому стандартный объем CD (до 640 Мбайт) позволяет записать не более часа WAVE. Для решения этой проблемы используются методы компрессии звуковой информации.
Другим направлением является использование в мультисреде звуков (одноголосая и многоголосая музыка, вплоть до оркестра, звуковые эффекты) MIDI (Musical Instrument Digitale Interface). В данном случае звуки музыкальных инструментов, звуковые эффекты синтезируются программно-управляемыми электронными синтезаторами. Коррекция и цифровая запись MIDI-звуков осуществляется с помощью музыкальных редакторов (программ-секвенсоров). Главным преимуществом MIDI является малый объем требуемой памяти - 1 минута MIDI-звука занимает в среднем 10 кбайт.
Видеоряд по сравнению с аудиорядом характеризуется ббльшим числом элементов. Выделяют статический и динамический видеоряды.
Статический видеоряд включает графику (рисунки, интерьеры, поверхности, символы в графическом режиме) и фото (фотографии и сканированные изображения).
Динамический видеоряд представляет собой последовательность статических элементов (кадров). Можно выделить три типовых группы:
Обычное видео (life video) - последовательность фотографий (около 24 кадров в секунду);
Квазивидео - разреженная последовательность фотографий (6-12 кадров в секунду);
Анимация - последовательность рисованных изображений. Первая проблема при реализации видеорядов - разрешающая
способность экрана и число цветов. Выделяют три направления:
Стандарт VGA дает разрешение 640 х 480 пикселей (точек) на экране при 16 цветах или 320 х 200 пикселей при 256 цветах;
Стандарт SVGA (видеопамять 512 кбайт, 8 бит/пиксель) дает разрешение 640 х 480 пикселей при 256 цветах;
24-битные видеоадаптеры (видеопамять 2 Мбайт, 24 бит/пиксель) позволяют использовать 16 млн цветов.
Вторая проблема - объем памяти. Для статических изображений один полный экран требует следующие объемы памяти:
В режиме 640 х 480, 16 цветов - 150 кбайт;
В режиме 320 х 200, 256 цветов - 62,5 кбайт;
В режиме 640 х 480, 256 цветов - 300 кбайт.
Такие значительные объемы при реализации аудио- и видеорядов определяют высокие требования к носителю информации, видеопамяти и скорости передачи информации. "
При размещении текстовой информации на CD-ROM нет никаких сложностей и ограничений ввиду большого информационного объема оптического диска.
Основные направления использования мультимедиа-технологий:
Электронные издания для целей образования, развлечения и др.;
В телекоммуникациях со спектром возможных применений от просмотра заказной телепередачи и выбора нужной книги до участия в мультимедиа-конференциях. Такие разработки получили название Information Highway;
Мультимедийные информационные системы («мультимедиа-киоски»), выдающие по запросу пользователя наглядную информацию.
С точки зрения технических средств на рынке представлены как полностью укомплектованные мультимедиа-компьютеры, так и отдельные комплектующие и подсистемы (Multimedia Upgrade Kit), включающие в себя звуковые карты, приводы компакт-дисков, джойстики, микрофоны, акустические системы.
Для персональных компьютеров класса IBM PC утвержден специальный стандарт МРС, определяющий минимальную конфигурацию аппаратных средств для воспроизведения мультимедиа-продуктов. Для оптических дисков CD-ROM разработан международный стандарт (ISO 9660).
Экономика – в конце документа
В статье рассмотрены аппаратные и программные средства для разработки и отладки радиоэлектронных устройств, постороенных на основе микроконтроллеров Renesas Technology.
Широкий выбор аппаратных и программных инструментов мирового уровня делает написание и отладку программного кода устройств и систем эффективными и простыми.
В число этих инструментов входят (рис. 1) оценочные наборы, среда разработки и отладки ПО, комплект программных инструментов (компилятор, линкер, оптимизатор, ассемблер, конвертер форматов, стандартные библиотеки и др.), симулятор-отладчик, конфигуратор периферийных модулей, эмуляторы-отладчики различного уровня, в том числе реального времени, системные платформы, операционные системы реального времени, программаторы.
Рис. 1. Пример программно-аппаратного комплекса разработчика, включающего полноскоростной эмулятор
Программные средства
Главным звеном в разработке программного обеспечения микроконтроллеров является High$performance Embedded Workshop – HEW (рис. 2) – высокоэффективная среда разработки ПО, универсальная для всех микроконтроллеров компании Renesas Technology . Она представляет собой графическую среду для разработки программного обеспечения с пакетом компилятора С/С++, имеющую типичный для программ такого рода интерфейс. Все элементы интерфейса среды HEW, такие как различные оконные меню, панели инструментов, строки состояния, связанные окна и контекстные локальные меню, направлены на упрощение создания и управления проектами программного обеспечения конечной продукции.
Среда разработки ПО HEW обеспечивает следующие возможности:
- создания и редактирования проекта
- графического конфигурирования утилит компилятора
- сборки проекта
- отладки
- управления версиями.
В среде HEW имеется интегрированный симулятор с расширенными возможностями, который позволяет отлаживать код приложения даже при отсутствии соответствующих аппаратных средств. Помимо этого сборка инструментальных средств компилятора С/С++, подключаемая к среде HEW, позволяет генерировать код, оптимизированный по скорости выполнения и/или по объему занимаемой памяти.
Единообразный интерфейс – различные функции . Можно быстро освоить мощные инструменты, необходимые для создания программы. Не последнюю роль в этом играет удобное управление этими инструментами.
Рис. 2. Интерфейс среды разработки HEW
Более того, эффективность работы увеличивается благодаря использованию единообразного интерфейса, который имеет один и тот же вид для всех микроконтроллеров и микропроцессоров компании Renesas. Причем, интерфейс можно настроить таким образом, чтобы сформировать среду, наиболее удобную для разработки конкретного приложения.
"Мастера" упрощают выполнение начальных этапов . Наличие "мастеров" генератора проекта (рис. 3), входящего в состав среды HEW, упрощает написание программы. Разработчик может прибегнуть к их помощи при задании конфигурации, выборе объектов отладки и создании стартового кода.
Рис. 3. Шаблоны и "мастера" проектов, упрощающие генерацию оптимального кода
Новые функции, помогающие оптимизировать код программы . Встроенный симулятор/отладчик имеет специальные возможности и окна для исследования кода программы, полученного в результате компиляции:
- окно профилирования кода (позволяет отображать статистическую информацию в текстовом и графическом виде)
- возможность анализа производительности
- окно анализатора использования исходного кода.
Вспомогательные инструментальные средства анализа, которые помогут разобраться в функционировании и структуре программы:
- программа-анализатор стека
- программа для просмотра файла распределения кода и данных (*.map), генерируемого компоновщиком.
Программные средства генерации оптимизированного кода C/C++ . Инструментальные средства Renesas (компилятор, ассемблер и компоновщик) полностью соответствуют спецификации языка C++ и обратно совместимы с языком C. В них реализованы расширения, позволяющие осуществлять полноценное управление встраиваемой системой средствами самого языка C без использования ассемблерных вставок. К этим расширениям относятся:
- подпрограммы обработки прерываний
- условные регистровые операции
- команда Sleep
- псевдофункции для вызова различных команд, например, команды умножения с накоплением или команды сложения и вычитания десятичных чисел
- управление оптимизацией вызова функций и адресации в соответствии с возможностями архитектуры устройств и системы команд.
Оптимизирующий компоновщик формирует код, который включает только используемые блоки, выполняя глобальную оптимизацию всего приложения.
Бесплатная демонстрационная версия пакета HEW . Гибкая методика лицензирования, установленная компанией Renesas в отношении выпускаемой ею продукции, означает, что можно загрузить бесплатную демонстрационную версию пакета HEW с компилятором и использовать ее без ограничений в течение 60 дней. Такая возможность очень полезна для тестирования эффективности скомпилированного оптимизированного кода и производительности архитектуры. По истечении этого срока размер генерируемого кода ограничивается величиной 64 кбайт, что, тем не менее, не мешает исследовать архитектуру микроконтроллеров или экспериментировать с периферийными устройствами. Демонстрационная версия среды HEW отличается от полной версии только ограничением размера компилируемого кода. Поэтому возможна генерация полноценного кода для устройств, построенных на базе младших моделей микроконтроллеров (с меньшим, чем 64 кбайт объемом ПЗУ).
Интегрированные средства отладки пакета HEW . Поддержка отладки модульных объектов обеспечивается непосредственно самой средой HEW, благодаря чему можно создавать свое приложение и отлаживать его, не покидая эту среду. "Мастер" отладочной сессии позволяет добавлять следующие объекты отладки в рабочую среду:
- симулятор
- внутрисхемные эмуляторы (серия E6000)
- JTAG$эмуляторы (E10A, E8)
- оценочные платы с резидентным монитором.
Программа Flash Development Toolkit (FDT) компании Renesas является простой в использовании утилитой для программирования встроенной флэш-памяти микроконтроллеров семейства H8. Она позволяет создавать проекты, объединяющие несколько файлов, содержащих s$записи, в один загружаемый образ, а также сохранять параметры соединения для упрощения управления процессом программирования устройств.
FDT поддерживает:
- непосредственное USB-подключение устройств, имеющих режим загрузки через USB$порт
- последовательный обмен на скоростях до 115 200 бод
- шестнадцатиричный редактор образа
- выдачу разнообразных сообщений, помогающих при работе над проектом
- аппаратные средства.
Аппаратные средства выпускаются в различных ценовых категориях, начиная с недорогих отладочных комплектов и стартовых наборов RSK (Renesas Starter Kit).
Отладочные комплекты . Отладочные комплекты и наборы RSK (рис. 4) представляют собой недорогой вариант аппаратных средств для оценки характеристик микроконтроллеров . В составе каждого комплекта имеется собранная макетная плата и компактдиск, который содержит:
- ознакомительную версию пакета HEW, компиляторы языков C/C++, а также программу связи отладчика с резидентным монитором
- утилиту Flash Development Toolkit (FDT).
Рис. 4. Набор начального уровня RSK
На компакт-диске также содержится руководство по быстрому старту, в котором подробно описан процесс инсталляции ПО, а также полный комплект документации с учебными проектами и учебным программным модулем "Project Generator" для среды HEW.
Внутрисхемные эмуляторы E8 и E10A-USB . Эмуляторы E8 и E10A$USB (рис. 5 и 6 соответственно) предназначены для подключения к отладочному интерфейсу JTAG. Эти недорогие устройства обеспечивают отладку в режиме реального времени с использованием специализированных ресурсов микроконтроллера, входящего в состав отлаживаемого устройства. Эмуляторы соединяются с пользовательской системой по интерфейсу, который может использоваться как для ее отладки, так и программирования расположенной на кристалле микроконтроллера флэш-памяти.
Рис. 5. Эмулятор-отладчик E8
Рис. 6. Эмулятор-отладчик E10A-USB
В эмуляторах E8 и E10A-USB используется интерфейс USB 2.0 с функцией plug-and-play, что позволяет легко подключать их к любому ПК или ноутбуку, имеющему интерфейс USB.
Основные возможности эмуляторов:
- до 255 программных точек останова
- одна аппаратная точка останова по значению адреса и данных
- сохранение информации о 4 последних переходах
- программирование внутренней флэш-памяти
- интегрированная поддержка отладки в среде HEW.
Внутрисхемный эмулятор E6000 . Серия инструментов E6000 компании Renesas содержит множество развитых внутрисхемных эмуляторов реального времени, каждый из которых поддерживает одно из процессорных семейств. Эти эмуляторы можно использовать в полностью автономном режиме для разработки и отладки программного обеспечения или же, подключив их с помощью специального кабеля к разрабатываемому устройству, для отладки аппаратной части. Эти мощные отладочные средства обеспечивают:
- эмуляцию микроконтроллера в режиме реального времени без циклов ожидания или изменения хода выполнения программы
- память эмуляции объемом от 1 до 4 Мбайт, которая может быть сопоставлена с адресным пространством целевого процессора
- 256 точек останова
- наличие буфера трассировки размером до 32К машинных циклов, запись в который может быть остановлена, а его содержимое считано во время выполнения программы
- фильтрацию событий, заносимых в буфер трассировки с использованием системы Complex Event System
- фильтрацию событий, уже занесенных в буфер трассировки, с возможностью поиска
- автоматическое отслеживание напряжения питания отлаживаемого устройства для исключения неправильной работы эмулятора при отклонении уровня напряжения питания устройства от допустимого значения
- большой выбор источников тактового сигнала целевого устройства
- интегрированную поддержку отладки в среде HEW.
Заключение
Архитектура SuperH не только востребована мировыми производителями электронной техники, но в некоторых областях она стала стандартом де-факто.
В частности, ИМС семейства SH-Mobile использованы в более чем 200 моделях мобильных телефонов, а на базе ИМС с ядром SH-4 и SH-4A построена большая часть автомобильных навигационных систем. Так же, как и старшие семейства, SH-2 и SH-2A активно используются в различных устройствах и системах, например, в бытовой технике, системах вентиляции и кондиционирования и т.п. С появлением недорогих микросхем семейства SH-Tiny повысился интерес к семейству SuperH в целом. Высокая производительность, оптимальный объем памяти, отличный набор периферии и развитые коммуникационные возможности делают эти микроконтроллеры незаменимыми не только в бытовых системах и офисном оборудовании, но и в промышленных системах для управления производственными процессами. Специализированный набор коммуникационной периферии позволяют использовать микросхемы с архитектурой SuperH в системах проводной связи, например, в телефонии и в локальных компьютерных сетях.
Литература
- High-performance Embedded Workshop User"s Manual. – Renesas, January 2004.
- Renesas Starter Kit User"s Manual. – Renesas, February 2006.
Для обеспечения максимальной производительности и корректной работы используют аппаратные и программные средства, которые очень связаны между собой и четко взаимодействуют в разных направлениях. Сейчас коснемся рассмотрения аппаратных средств, поскольку изначально именно они занимают главенствующее положение в обеспечении работоспособности любой компьютерной или даже мобильной системы.
Аппаратные средства систем: общая классификация
Итак, с чем же мы имеем дело? На самом деле комплекс аппаратных средств знаком всем и каждому. По сути, многие пользователи называют его компьютерным «железом». Действительно, аппаратные средства - это именно «железные», а не программные компоненты любой компьютерной системы. В самом простом варианте классификации они разделяются на внутренние и внешние.
Кроме того, в таком разделении можно выделить три основных и наиболее содержательных класса устройств:
- устройства ввода;
- устройства вывода;
- устройства хранения информации.
Естественно, отдельно стоит отметить и главные элементы компьютерных систем вроде материнской платы, процессора и т. д., не входящие ни в один из вышеперечисленных классов и являющиеся базовыми элементами, без которых ни один компьютер попросту работать не будет.
Базовые элементы компьютера
Описывая аппаратные средства любого компьютера, начать стоит с самого главного элемента - материнской платы, на которой расположены все внутренние элементы. И к ней же за счет применения разного рода разъемов и слотов подключаются внешние устройства.
Сегодня существует достаточно много разновидностей «материнок» и их производителей. Правда, такие платы для стационарных компьютеров и ноутбуков и по форме, и по расположению отдельных элементов могут различаться. Тем не менее суть их применения в компьютерных системах не меняется.
Второй по важности элемент - центральный процессор, который отвечает за быстродействие. Одной из главных характеристик является тактовая частота, выраженная в мега- или гигагерцах, а проще говоря, величина, определяющая, сколько элементарных операций может производить процессор за одну секунду. Нетрудно догадаться, что быстродействие есть не что иное, как отношение количества операций к числу тактов, которое необходимо для выполнения (вычисления) одной элементарной операции.
Аппаратные средства компьютера невозможно себе представить без планок оперативной памяти и жестких дисков, которые относятся к устройствам хранения. О них будет сказано несколько позже.
Программно-аппаратные средства
В современных компьютерах применяются и устройства гибридного типа, такие, например, как ПЗУ или постоянная энергонезависимая память CMOS, которая является основой базовой системы ввода/вывода, называемой BIOS.
Это не только «железный» чип, распложенный на материнской плате. В нем имеется собственная микропрограмма, позволяющая не только хранить неизменяемые данные, но и проводить тестирование внутренних компонентов и в момент включения компьютера. Наверное, многие владельцы стационарных ПК замечали, что в момент включения слышен сигнал системного динамика. Это как раз и свидетельствует о том, что проверка устройств прошла успешно.
Средства ввода информации
Теперь остановимся на устройствах ввода. На данный момент их разновидностей можно насчитать достаточно много, а судя по развитию IT-технологий, вскоре их станет еще больше. Тем не менее базовыми в этом списке принято считать следующие:
- клавиатура;
- мышь (трекпад для ноутбуков);
- джойстик;
- цифровая камера;
- микрофон;
- внешний сканер.
Каждое из этих устройств позволяет ввести разный тип информации. К примеру, с помощью сканера вводится графика, с помощью камеры - видеоизображение, на клавиатуре - текст и т. д. Однако и мышь, и трекпад в дополнение ко всему являются еще и контроллерами (манипуляторами).
Что касается клавиатуры, контролирующие функции в ней используются через кнопки или их сочетания. При этом можно получить и доступ к определенным функциям, параметрам и командам операционных систем или другого программного обеспечения.
Средства вывода информации
Аппаратные средства невозможно представить себе и без устройств вывода. В стандартном списке присутствуют следующие:
- монитор;
- принтер;
- плоттер;
- звуковая и видеосистема;
- мультимедийный проектор.
Здесь основным является компьютерный монитор или экран ноутбука. Понятно ведь, что при современных методах объектно-ориентированного программирования взаимодействие с пользователем осуществляется через графический интерфейс, хотя в равной степени такая ситуация применима и к системам, в которых предполагается ввод команд. В любом случае пользователь должен видеть то, что отображается на экране.
Что же касается остальных элементов, они желательны, хотя и не обязательны (ну разве что графический адаптер, без которого современные системы могут и не работать).
Средства хранения информации
Наконец, один и самых важных классов - устройства хранения информации. Их наличие, будь то внутренние компоненты или внешние носители, просто обязательно. К этому классу относят следующие разновидности:
- жесткий диск (винчестер);
- оперативная память;
- кэш-память;
- внешние накопители (дискеты, USB-устройства).
Иногда сюда включают также систему BIOS с CMOS-памятью, однако, как уже было сказано выше, это скорее гибридные устройства, которые можно отнести в равной степени к разным категориям.
Безусловно, главное место здесь занимают жесткие диски и «оперативка». Жесткий диск - это аппаратное средство информации (вернее, средство ее хранения), ведь на нем она хранится постоянно, а в оперативной памяти - временно (при запуске или функционировании программ, копировании содержимого в и т. д.).
При выключении компьютера оперативная память автоматически очищается, а вот информация с винчестера никуда не девается. В принципе, сейчас с винчестером конкурируют и съемные носители вроде USB-устройств большой емкости, а вот дискеты и оптические диски уходят в небытие хотя бы по причине их малой емкости и возможности физических повреждений.
Устройства связи
Необязательным классом, хотя в современном мире и очень востребованным, можно назвать и устройства, отвечающие за обеспечение связи как между отдельными компьютерными терминалами, связанными напрямую, так и в сетях (или даже на уровне выхода в Интернет). Здесь из основных устройств можно выделить такие:
- сетевые адаптеры;
- маршрутизаторы (модемы, роутеры и т. д.).
Как уже понятно, без них не обойтись при организации сетей (стационарных или виртуальных), при обеспечении доступа во Всемирную паутину. А ведь мало кто сегодня знает, что два компьютера, например, можно соединять посредством кабеля напрямую, как это делалось лет двадцать назад. Конечно, это выглядит несколько непрактично, тем не менее, забывать о такой возможности не стоит, особенно когда нужно копировать большие объемы информации, а подходящего носителя под рукой нет.
Устройства безопасности и защиты данных
Теперь еще об одном типе устройств. Это аппаратные средства защиты, к которым можно отнести, например, «железные» сетевые экраны, называемые еще файрволлами (firewall с английского - «огненная стена»).
Почему-то сегодня большинство юзеров привыкло, что файрволл (он же брэндмауэр) представляет собой исключительно Это не так. При организации сетей с повышенным уровнем безопасности применение таких компонентов не то что желательно, а иногда даже просто необходимо. Согласитесь, ведь программная часть не всегда справляется со своими функциями и может вовремя не отреагировать на вмешательство в работу сети извне, не говоря уже о доступе к хранящейся на жестких дисках компьютеров или серверов.
Взаимодействие программных и аппаратных средств
Итак, аппаратные средства мы вкратце рассмотрели. Теперь несколько слов о том, как они взаимодействуют с программными продуктами.
Согласитесь, у операционных систем, которые и обеспечивают доступ пользователя к вычислительным возможностям ПК, есть свои требования. Современные «операционки» пожирают столько ресурсов, что с устаревшими процессорами, в которых не хватает вычислительной мощности, или при отсутствии необходимого объема оперативной памяти они работать просто не будут. Это, кстати, в равной степени относится и к современным прикладным программам. И, конечно же, это далеко не единственный пример подобного взаимодействия.
Заключение
Напоследок стоит сказать, что аппаратная часть современного компьютера была рассмотрена достаточно кратко, однако сделать выводы о классификации основных элементов системы можно. Кроме того, стоит обратить внимание, что компьютерная техника развивается, а это ведет еще и к тому, что внешних и внутренних устройств разного типа появляется все больше (взять хотя бы виртуальные шлемы). Но что касается базовой конфигурации, в данном случае приведены самые главные компоненты, без которых сегодня невозможно существование ни одной компьютерной системы. Впрочем, здесь по понятным причинам не рассматривались мобильные девайсы, ведь у них устройство несколько отличается от компьютерных терминалов, хотя и имеется довольно много общего.